Mu3e (original) (raw)
Mu3e ist ein geplantes Experiment der Teilchenphysik am Paul Scherrer Institut, das nach dem Zerfall eines Anti-Myons (Mu) in ein Elektron und zwei Positronen (3e) sucht: Dieser Zerfall ist im Standardmodell der Teilchenphysik extrem unwahrscheinlich, da die Leptonenfamilienzahl geändert wird (Umwandlung eines Leptons in eines einer anderen Familie). Dies ist nur in einem Schleifen-Prozess höherer Ordnung und unter Neutrinooszillation innerhalb der Schleife möglich. In mehreren Theorien für Physik jenseits des Standardmodells, insbesondere mit Supersymmetrie, ist dieser Zerfall deutlich häufiger. Die Suche nach dem Zerfall ermöglicht einen Test einiger dieser Theorien, auch dann, wenn sie nicht direkten Beobachtungen (beispielsweise am LHC) zugänglich sind.
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| dbo:abstract | Mu3e ist ein geplantes Experiment der Teilchenphysik am Paul Scherrer Institut, das nach dem Zerfall eines Anti-Myons (Mu) in ein Elektron und zwei Positronen (3e) sucht: Dieser Zerfall ist im Standardmodell der Teilchenphysik extrem unwahrscheinlich, da die Leptonenfamilienzahl geändert wird (Umwandlung eines Leptons in eines einer anderen Familie). Dies ist nur in einem Schleifen-Prozess höherer Ordnung und unter Neutrinooszillation innerhalb der Schleife möglich. In mehreren Theorien für Physik jenseits des Standardmodells, insbesondere mit Supersymmetrie, ist dieser Zerfall deutlich häufiger. Die Suche nach dem Zerfall ermöglicht einen Test einiger dieser Theorien, auch dann, wenn sie nicht direkten Beobachtungen (beispielsweise am LHC) zugänglich sind. Mu3e soll am Paul Scherrer Institut stattfinden, um den dort geplanten intensivsten Myonenstrahl der Welt zu nutzen. Geplant ist, bis zu zwei Milliarden Zerfälle pro Sekunde analysieren zu können. Nur diese hohe Rate ermöglicht es, mehr als 1016 Zerfälle zu beobachten. Als Untergrund sind die Zerfälle und wichtig. Um diese Zerfälle vom gesuchten Signal zu unterscheiden, benötigt der Detektor eine Ortsauflösung besser als 200 µm, eine Zeitauflösung besser als 100 ps und eine Energieauflösung besser als 0,5 MeV. Außerdem muss der Detektor im Inneren sehr leicht sein, um Effekte durch Streuung gering zu halten. Diese Anforderungen werden durch eine Kombination aus Halbleiterdetektoren für die Positionsmessung sowie Szintillationsdetektoren für die Zeitauflösung erreicht. Das gesamte Experiment befindet sich in einem Magnetfeld von 1 Tesla, um aus der Krümmung der Elektronen- bzw. Positronenbahnen Energie bestimmen zu können. Geplant ist (Stand Februar 2019), erste Myonzerfälle ab 2021 zu untersuchen, die volle Rate von bis zu zwei Milliarden Zerfälle pro Sekunde soll ab 2026 erreicht werden. Das Experiment soll den Zerfall entweder finden oder eine Obergrenze von 10−16 für die Zerfallswahrscheinlichkeit bestimmen können, was um einen Faktor 10.000 besser wäre als die bisherige Obergrenze von 10−12. (de) Mu3e is a particle physics experiment at the Paul Scherrer Institute, searching for decays of anti-muons (Mu) to an electron and two positrons (3e). This decay is extremely unlikely in the Standard Model of particle physics, as it changes the lepton number. Several new theories, especially supersymmetric ones, predict a much more frequent decay. Searching for this decay allows a test of these theories, even if they cannot be tested directly in other experiments like at the LHC. It has also been shown the experiment is sensitive to probe new light dark sector particles such as dark photon. Mu3e is constructed at the Paul Scherrer Institute. It is planned to create the world's most intense muon beam which will allow to analyze two billion decays per second. This rate is necessary to study more than 1016 muon decays in total. Important backgrounds are the decays and . To distinguish between signal and background, the detector has a spatial resolution better than 200 µm, a time resolution better than 100 ps and an energy resolution better than 0.5 MeV for the individual electrons. To minimize multiple scattering, the detector is built as light as possible. Semiconductor detectors are used for the spatial and energy resolution, scintillator fibers provide a good timing resolution. The whole experiment is in a magnetic field of 1 Tesla to determine the energy of the particles based on their curvature radius. As of November 2021 data taking is expected to begin in 2024. The full rate of two billion muons per second will not be reached before 2028. The experiment is expected to either find the decay or to set an upper limit of 10−16 on the branching fraction, a factor 10,000 better than previous experiments. (en) |
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